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用Java手写jvm之实现查找class

写在前面

完成类加载器加载class的三阶段,加载,解析,初始化中的加载😀😀😀

源码 。
jvm想要运行class,是根据类全限定名称来从特定的位置基于类加载器来查找的,分别如下:

启动类加载器负责加载jre/lib目录
扩展类加载器负责加载jre/ext/lib目录
应用加载器负责加载应用程序classpath

不管是哪种类加载器,都要完成找到class查找这个工作。

具体类加载器的工作流程可以分为如下3个步骤:

1:加载根据类的全限定名称(包+类名称),定位并且读取字节码
2:链接(验证,准备,解析)验证字节码是否合法,给静态变量申请内存,符号引用(一个串)转直接引用(一个内存地址)
3:初始化执行初始化代码,如{}代码块,以及给静态变量赋值

本部分要来模拟的就是这里的1:加载

1:程序

因为分别要从如下三个目录来查找class:

1:jre/lib
2:jre/ext/lib
3:应用classpath

不管是那个目录,用户在指定class所在位置时都可能使用不同的形式,可能如下:

1:一个目录,如d:\test\
2:一个jar,zip等,如d:\test\aa.jar,d:\test\aa.zip
3:通配符形式,如d:\test\*
4:也可能是以上三种的组合形式

为了抽象不同的文件形式,我们先来定义如下文件入口形式的接口:

public interface Entry {byte[] readClass(String className) throws IOException;static Entry create(String path) {//File.pathSeparator;路径分隔符(win\linux)if (path.contains(File.pathSeparator)) {return new CompositeEntry(path);}if (path.endsWith("*")) {return new WildcardEntry(path);}if (path.endsWith(".jar") || path.endsWith(".JAR") ||path.endsWith(".zip") || path.endsWith(".ZIP")) {return new ZipEntry(path);}return new DirEntry(path);}}

其中抽象方法readClass用来完成读取字节码的工作,也就是本文要做的内容,静态方法create用来根据给定的路径生成对应的Entry对象,这里根据路径形式的不同我们需要定义Entry不同的子类,分别是目录形式的子类DirectoryEntry:

package com.dahuyou.find.clazz.entry.impl;import com.dahuyou.find.clazz.entry.Entry;
import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;/*** 目录形式的entry 如 d:\test*/
public class DirectoryEntry implements Entry {private Path absolutePath;public DirectoryEntry(String path) {//获取绝对路径this.absolutePath = Paths.get(path).toAbsolutePath();}@Overridepublic byte[] readClass(String className) throws IOException {return Files.readAllBytes(absolutePath.resolve(className));}@Overridepublic String toString() {return this.absolutePath.toString();}
}

jar和zip形式的entry:

package com.dahuyou.find.clazz.entry.impl;import com.dahuyou.find.clazz.entry.Entry;import java.io.IOException;
import java.nio.file.*;/*** jar,zip形式的entry*/
public class JarOrZipEntry implements Entry {private Path absolutePath;public JarOrZipEntry(String path) {//获取绝对路径this.absolutePath = Paths.get(path).toAbsolutePath();}@Overridepublic byte[] readClass(String className) throws IOException {try (FileSystem zipFs = FileSystems.newFileSystem(absolutePath, null)) {return Files.readAllBytes(zipFs.getPath(className));}}@Overridepublic String toString() {return this.absolutePath.toString();}}

这里因为通配符形式的路径其实是组合形式的一种特殊写法,如d:\test\目录下有a.jar,b.jar,则组合形式就是d:\test\a.jar,d:\test\b.jar,而通配符形式就是d:\test\*,通配符形式是可以转换为组合形式的,只不过多了一个转换的工作而已,所以这里,我们单独定义组合形式子类,然后再继承组合形式定义通配符形式。

则,组合形式子类如下:

package com.dahuyou.find.clazz.entry.impl;import com.dahuyou.find.clazz.entry.Entry;import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;/*** 一组路径的组合形式entry*/
public class CompositeEntry implements Entry {private final List<Entry> entryList = new ArrayList<>();public CompositeEntry(String pathList) {String[] paths = pathList.split(File.pathSeparator);for (String path : paths) {entryList.add(Entry.create(path));}}@Overridepublic byte[] readClass(String className) throws IOException {for (Entry entry : entryList) {try {return entry.readClass(className);} catch (Exception ignored) {//ignored}}throw new IOException("class not found " + className);}@Overridepublic String toString() {String[] strs = new String[entryList.size()];for (int i = 0; i < entryList.size(); i++) {strs[i] = entryList.get(i).toString();}return String.join(File.pathSeparator, strs);}}

通配符entry如下:

package com.dahuyou.find.clazz.entry.impl;import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
import java.util.stream.Collectors;/*** 通配符entry,继承CompositeEntry,只需要将通配符转换为一组路径,就转换为组合entry了,* 所以这里直接继承组合entry,妙啊!!!*/
public class WildcardEntry extends CompositeEntry {public WildcardEntry(String path) {super(toPathList(path));}private static String toPathList(String wildcardPath) {String baseDir = wildcardPath.replace("*", ""); // remove *try {return Files.walk(Paths.get(baseDir)).filter(Files::isRegularFile).map(Path::toString).filter(p -> p.endsWith(".jar") || p.endsWith(".JAR")).collect(Collectors.joining(File.pathSeparator));} catch (IOException e) {return "";}}}

UML图:
在这里插入图片描述

又因为类最终其实是从classpath下查找的,所以我们还需要定义一个类来代表classpath,使用各种entry来完成具体查找class的工作:

package com.dahuyou.find.clazz.classpath;import com.dahuyou.find.clazz.classpath.entry.Entry;
import com.dahuyou.find.clazz.classpath.entry.impl.WildcardEntry;
import java.io.File;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;/*** classpath类(jre entry+jre ext entry+应用entry)*/
public class Classpath {// jre路径的entry(jvm中启动类加载器使用)private Entry bootstrapClasspath;// jre扩展路径entry(jvm中扩展类加载器使用)private Entry extensionClasspath;// 应用class路径entry(jvm中app类加载器使用)private Entry userClasspath;public Classpath(String jreOption, String cpOption) {//启动类(D:\programs\javas\java1.8\jre\lib)&扩展类(D:\programs\javas\java1.8\jre\lib\ext)bootstrapAndExtensionClasspath(jreOption);//用户类 d:\test\target\classesparseUserClasspath(cpOption);}private void bootstrapAndExtensionClasspath(String jreOption) {String jreDir = getJreDir(jreOption);//..jre/lib/* jre核心类库初始化String jreLibPath = Paths.get(jreDir, "lib") + File.separator + "*";bootstrapClasspath = new WildcardEntry(jreLibPath);//..jre/lib/ext/* jre ext初始化String jreExtPath = Paths.get(jreDir, "lib", "ext") + File.separator + "*";extensionClasspath = new WildcardEntry(jreExtPath);}private static String getJreDir(String jreOption) {// 用户直接设置了jre目录 D:\programs\javas\java1.8\jreif (jreOption != null && Files.exists(Paths.get(jreOption))) {return jreOption;}if (Files.exists(Paths.get("./jre"))) {return "./jre";}String jh = System.getenv("JAVA_HOME");if (jh != null) {return Paths.get(jh, "jre").toString();}throw new RuntimeException("Can not find JRE folder!");}private void parseUserClasspath(String cpOption) {if (cpOption == null) {cpOption = ".";}userClasspath = Entry.create(cpOption);}public byte[] readClass(String className) throws Exception {className = className + ".class";// 先使用jre 的entry加载(对应jvm先通过启动类加载器加载)try {return bootstrapClasspath.readClass(className);} catch (Exception ignored) {//ignored}// jre的entry加载不到,使用ext对应的entry加载(对应jvm 启动类加载器加载不到,使用ext类加载器加载)try {return extensionClasspath.readClass(className);} catch (Exception ignored) {//ignored}// 最后通过用户类 entry加载(对应jvm最后猜使用app应用类加载器)return userClasspath.readClass(className);}}

总结以上代码就是,为了对应不同形式的class,即不同入口形式的class,定义了entry接口,并根据不同的入口形式定义了对应的entry实现,然后定义了classpath类,该类分别针对jre,jre ext,用户类,定义了对应的entry,这样的当需要查找某个class时,就可以按照顺序分别从jre entry->jre ext entry->用户entry来查找了,可参考如下图:
在这里插入图片描述

接着我们还需要定义接收命令行参数的类,这个如果你看过前面的文章就比较熟悉了,这里贴下源码:

package com.dahuyou.find.clazz.cmd;import com.beust.jcommander.JCommander;
import com.beust.jcommander.Parameter;import java.util.List;public class Cmd {@Parameter(names = {"-?", "-help"}, description = "print help message", order = 3, help = true)boolean helpFlag = false;@Parameter(names = "-version", description = "print version and exit", order = 2)boolean versionFlag = false;@Parameter(names = {"-cp", "-classpath"}, description = "classpath", order = 1)String classpath;@Parameter(names = "-Xthejrepath", description = "path to jre", order = 4)String thejrepath;// 要查找的目标类@Parameter(names = "-Xthetargetclazz", description = "path to jre", order = 4)public String thetargetclazz;@Parameter(description = "main class and args")List<String> mainClassAndArgs;boolean ok;String getMainClass() {return mainClassAndArgs != null && !mainClassAndArgs.isEmpty()? mainClassAndArgs.get(0): null;}List<String> getAppArgs() {return mainClassAndArgs != null && mainClassAndArgs.size() > 1? mainClassAndArgs.subList(1, mainClassAndArgs.size()): null;}static Cmd parse(String[] argv) {Cmd args = new Cmd();JCommander cmd = JCommander.newBuilder().addObject(args).build();cmd.parse(argv);args.ok = true;return args;}}

通过-Xthejrepath来指定jre路径,当然也可以不指定,程序也会读取JAVA_HOME环境变量配置。-Xthetargetclazz指定要查找的目标类。

定义主函数类:

package com.dahuyou.find.clazz;import com.dahuyou.find.clazz.classpath.Classpath;
import com.dahuyou.find.clazz.cmd.Cmd;
import java.util.Arrays;/*** program arguments:-Xthejrepath D:\programs\javas\java1.8/jre -Xthetargetclazz D:\test\itstack-demo-jvm-master\find-class-from-classpath\target\test-classes\com\dahuyou\find\clazz\test\ShowMeByteCode*/
public class Main {public static void main(String[] args) {Cmd cmd = Cmd.parse(args);if (!cmd.ok || cmd.helpFlag) {System.out.println("Usage: <main class> [-options] class [args...]");return;}if (cmd.versionFlag) {//注意案例测试都是基于1.8,另外jdk1.9以后使用模块化没有rt.jarSystem.out.println("java version \"1.8.0\"");return;}startJVM(cmd);}private static void startJVM(Cmd cmd) {// 创建classpathClasspath cp = new Classpath(cmd.thejrepath, cmd.classpath);System.out.printf("classpath:%s class:%s args:%s\n", cp, cmd.getMainClass(), cmd.getAppArgs());//获取className
//        String className = cmd.getMainClass().replace(".", "/");try {
//            byte[] classData = cp.readClass(className);byte[] classData = cp.readClass(cmd.thetargetclazz.replace(".", "/"));System.out.println(Arrays.toString(classData));System.out.println("classData:");for (byte b : classData) {//16进制输出System.out.print(String.format("%02x", b & 0xff) + " ");}} catch (Exception e) {System.out.println("Could not find or load main class " + cmd.getMainClass());e.printStackTrace();}}}

为了测试,我们来定义一个要查找的类:

package com.dahuyou.find.clazz.test;public class ShowMeByteCode {public static void main(String[] args) {}
}

运行,首先配置参数:
在这里插入图片描述

-Xthejrepath
D:\programs\javas\java1.8/jre
-Xthetargetclazz
D:\test\itstack-demo-jvm-master\find-class-from-classpath\target\test-classes\com\dahuyou\find\clazz\test\ShowMeByteCode

-Xthejrepath设置jre的路径,-Xthetargetclazz设置要查找的目标class,运行如下:

classpath:com.dahuyou.find.clazz.classpath.Classpath@bebdb06 class:null args:null
[-54, -2, -70, -66, 0, 0, 0, 52, 0, 20, 10, 0, 3, 0, 17, 7, 0, 18, 7, 0, 19, 1, 0, 6, 60, 105, 110, 105, 116, 62, 1, 0, 3, 40, 41, 86, 1, 0, 4, 67, 111, 100, 101, 1, 0, 15, 76, 105, 110, 101, 78, 117, 109, 98, 101, 114, 84, 97, 98, 108, 101, 1, 0, 18, 76, 111, 99, 97, 108, 86, 97, 114, 105, 97, 98, 108, 101, 84, 97, 98, 108, 101, 1, 0, 4, 116, 104, 105, 115, 1, 0, 44, 76, 99, 111, 109, 47, 100, 97, 104, 117, 121, 111, 117, 47, 102, 105, 110, 100, 47, 99, 108, 97, 122, 122, 47, 116, 101, 115, 116, 47, 83, 104, 111, 119, 77, 101, 66, 121, 116, 101, 67, 111, 100, 101, 59, 1, 0, 4, 109, 97, 105, 110, 1, 0, 22, 40, 91, 76, 106, 97, 118, 97, 47, 108, 97, 110, 103, 47, 83, 116, 114, 105, 110, 103, 59, 41, 86, 1, 0, 4, 97, 114, 103, 115, 1, 0, 19, 91, 76, 106, 97, 118, 97, 47, 108, 97, 110, 103, 47, 83, 116, 114, 105, 110, 103, 59, 1, 0, 10, 83, 111, 117, 114, 99, 101, 70, 105, 108, 101, 1, 0, 19, 83, 104, 111, 119, 77, 101, 66, 121, 116, 101, 67, 111, 100, 101, 46, 106, 97, 118, 97, 12, 0, 4, 0, 5, 1, 0, 42, 99, 111, 109, 47, 100, 97, 104, 117, 121, 111, 117, 47, 102, 105, 110, 100, 47, 99, 108, 97, 122, 122, 47, 116, 101, 115, 116, 47, 83, 104, 111, 119, 77, 101, 66, 121, 116, 101, 67, 111, 100, 101, 1, 0, 16, 106, 97, 118, 97, 47, 108, 97, 110, 103, 47, 79, 98, 106, 101, 99, 116, 0, 33, 0, 2, 0, 3, 0, 0, 0, 0, 0, 2, 0, 1, 0, 4, 0, 5, 0, 1, 0, 6, 0, 0, 0, 47, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 5, 42, -73, 0, 1, -79, 0, 0, 0, 2, 0, 7, 0, 0, 0, 6, 0, 1, 0, 0, 0, 3, 0, 8, 0, 0, 0, 12, 0, 1, 0, 0, 0, 5, 0, 9, 0, 10, 0, 0, 0, 9, 0, 11, 0, 12, 0, 1, 0, 6, 0, 0, 0, 43, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, -79, 0, 0, 0, 2, 0, 7, 0, 0, 0, 6, 0, 1, 0, 0, 0, 6, 0, 8, 0, 0, 0, 12, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 13, 0, 14, 0, 0, 0, 1, 0, 15, 0, 0, 0, 2, 0, 16]
classData:
ca fe ba be 00 00 00 34 00 14 0a 00 03 00 11 07 00 12 07 00 13 01 00 06 3c 69 6e 69 74 3e 01 00 03 28 29 56 01 00 04 43 6f 64 65 01 00 0f 4c 69 6e 65 4e 75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65 01 00 12 4c 6f 63 61 6c 56 61 72 69 61 62 6c 65 54 61 62 6c 65 01 00 04 74 68 69 73 01 00 2c 4c 63 6f 6d 2f 64 61 68 75 79 6f 75 2f 66 69 6e 64 2f 63 6c 61 7a 7a 2f 74 65 73 74 2f 53 68 6f 77 4d 65 42 79 74 65 43 6f 64 65 3b 01 00 04 6d 61 69 6e 01 00 16 28 5b 4c 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 53 74 72 69 6e 67 3b 29 56 01 00 04 61 72 67 73 01 00 13 5b 4c 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 53 74 72 69 6e 67 3b 01 00 0a 53 6f 75 72 63 65 46 69 6c 65 01 00 13 53 68 6f 77 4d 65 42 79 74 65 43 6f 64 65 2e 6a 61 76 61 0c 00 04 00 05 01 00 2a 63 6f 6d 2f 64 61 68 75 79 6f 75 2f 66 69 6e 64 2f 63 6c 61 7a 7a 2f 74 65 73 74 2f 53 68 6f 77 4d 65 42 79 74 65 43 6f 64 65 01 00 10 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 4f 62 6a 65 63 74 00 21 00 02 00 03 00 00 00 00 00 02 00 01 00 04 00 05 00 01 00 06 00 00 00 2f 00 01 00 01 00 00 00 05 2a b7 00 01 b1 00 00 00 02 00 07 00 00 00 06 00 01 00 00 00 03 00 08 00 00 00 0c 00 01 00 00 00 05 00 09 00 0a 00 00 00 09 00 0b 00 0c 00 01 00 06 00 00 00 2b 00 00 00 01 00 00 00 01 b1 00 00 00 02 00 07 00 00 00 06 00 01 00 00 00 06 00 08 00 00 00 0c 00 01 00 00 00 01 00 0d 00 0e 00 00 00 01 00 0f 00 00 00 02 00 10 
Process finished with exit code 0

可以使用sublime等工具打开class,查看十六进制字节码对比程序输出结果:
在这里插入图片描述

写在后面

参考文章列表

【Java 基础篇】Java类加载器详解 。

jvm之启动参数 。

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谷粒商城实战笔记-54-商品服务-API-三级分类-拖拽效果

文章目录 一&#xff0c;54-商品服务-API-三级分类-修改-拖拽效果1&#xff0c;el-tree控件加上允许拖拽的属性2&#xff0c;是否允许拖拽3&#xff0c;完整代码 一&#xff0c;54-商品服务-API-三级分类-修改-拖拽效果 本节的主要内容是给三级分类树形结构加上拖拽功能&#…...

AI大模型学习必备十大网站

随着人工智能技术的快速发展&#xff0c;AI大模型&#xff08;如GPT-3、BERT等&#xff09;在自然语言处理、计算机视觉等领域取得了显著的成果。对于希望深入学习AI大模型的开发者和研究者来说&#xff0c;找到合适的学习资源至关重要。本文将为大家推荐十大必备网站&#xff…...

Elasticsearch:Golang ECS 日志记录 - zap

ECS 记录器是你最喜欢的日志库的格式化程序/编码器插件。它们可让你轻松地将日志格式化为与 ECS 兼容的 JSON。 编码器以 JSON 格式记录日志&#xff0c;并在可能的情况下依赖默认的 zapcore/json_encoder。它还处理 ECS 错误格式的错误字段记录。 默认情况下&#xff0c;会添…...

LBE-LEX系列工业语音播放器|预警播报器|喇叭蜂鸣器的上位机配置操作说明

LBE-LEX系列工业语音播放器|预警播报器|喇叭蜂鸣器专为工业环境精心打造&#xff0c;完美适配AGV和无人叉车。同时&#xff0c;集成以太网与语音合成技术&#xff0c;为各类高级系统&#xff08;如MES、调度系统、库位管理、立库等&#xff09;提供高效便捷的语音交互体验。 L…...

零门槛NAS搭建:WinNAS如何让普通电脑秒变私有云?

一、核心优势&#xff1a;专为Windows用户设计的极简NAS WinNAS由深圳耘想存储科技开发&#xff0c;是一款收费低廉但功能全面的Windows NAS工具&#xff0c;主打“无学习成本部署” 。与其他NAS软件相比&#xff0c;其优势在于&#xff1a; 无需硬件改造&#xff1a;将任意W…...

进程地址空间(比特课总结)

一、进程地址空间 1. 环境变量 1 &#xff09;⽤户级环境变量与系统级环境变量 全局属性&#xff1a;环境变量具有全局属性&#xff0c;会被⼦进程继承。例如当bash启动⼦进程时&#xff0c;环 境变量会⾃动传递给⼦进程。 本地变量限制&#xff1a;本地变量只在当前进程(ba…...

使用van-uploader 的UI组件,结合vue2如何实现图片上传组件的封装

以下是基于 vant-ui&#xff08;适配 Vue2 版本 &#xff09;实现截图中照片上传预览、删除功能&#xff0c;并封装成可复用组件的完整代码&#xff0c;包含样式和逻辑实现&#xff0c;可直接在 Vue2 项目中使用&#xff1a; 1. 封装的图片上传组件 ImageUploader.vue <te…...

TRS收益互换:跨境资本流动的金融创新工具与系统化解决方案

一、TRS收益互换的本质与业务逻辑 &#xff08;一&#xff09;概念解析 TRS&#xff08;Total Return Swap&#xff09;收益互换是一种金融衍生工具&#xff0c;指交易双方约定在未来一定期限内&#xff0c;基于特定资产或指数的表现进行现金流交换的协议。其核心特征包括&am…...

智能仓储的未来:自动化、AI与数据分析如何重塑物流中心

当仓库学会“思考”&#xff0c;物流的终极形态正在诞生 想象这样的场景&#xff1a; 凌晨3点&#xff0c;某物流中心灯火通明却空无一人。AGV机器人集群根据实时订单动态规划路径&#xff1b;AI视觉系统在0.1秒内扫描包裹信息&#xff1b;数字孪生平台正模拟次日峰值流量压力…...

Typeerror: cannot read properties of undefined (reading ‘XXX‘)

最近需要在离线机器上运行软件&#xff0c;所以得把软件用docker打包起来&#xff0c;大部分功能都没问题&#xff0c;出了一个奇怪的事情。同样的代码&#xff0c;在本机上用vscode可以运行起来&#xff0c;但是打包之后在docker里出现了问题。使用的是dialog组件&#xff0c;…...

华硕a豆14 Air香氛版,美学与科技的馨香融合

在快节奏的现代生活中&#xff0c;我们渴望一个能激发创想、愉悦感官的工作与生活伙伴&#xff0c;它不仅是冰冷的科技工具&#xff0c;更能触动我们内心深处的细腻情感。正是在这样的期许下&#xff0c;华硕a豆14 Air香氛版翩然而至&#xff0c;它以一种前所未有的方式&#x…...

智能AI电话机器人系统的识别能力现状与发展水平

一、引言 随着人工智能技术的飞速发展&#xff0c;AI电话机器人系统已经从简单的自动应答工具演变为具备复杂交互能力的智能助手。这类系统结合了语音识别、自然语言处理、情感计算和机器学习等多项前沿技术&#xff0c;在客户服务、营销推广、信息查询等领域发挥着越来越重要…...

tauri项目,如何在rust端读取电脑环境变量

如果想在前端通过调用来获取环境变量的值&#xff0c;可以通过标准的依赖&#xff1a; std::env::var(name).ok() 想在前端通过调用来获取&#xff0c;可以写一个command函数&#xff1a; #[tauri::command] pub fn get_env_var(name: String) -> Result<String, Stri…...